《深入理解java虚拟机》：类的初始化

时间：2022-12-27 15:15:03

深入理解java虚拟机》：类的初始化

类从被加载到虚拟机内存中开始，到卸载出内存为止，它的整个生命周期包括：加载、验证、准备、解析、初始化、使用和卸载七个阶段。其中验证、准备、解析3个部分统称为连接。类加载的过程包括了加载、验证、准备、解析、初始化五个阶段。

加载、验证、准备、初始化和卸载这5个阶段的顺序时确定的，类的加载过程必须按照这种顺序按部就班的开始，而解析阶段则不一定，它在某些情况下可以在初始化阶段之后开始，这是为了支持Java语言的运行时绑定（也成为动态绑定或晚期绑定）。另外注意这里的几个阶段是按顺序开始，而不是按顺序进行或完成，因为这些阶段通常都是互相交叉地混合进行的，通常在一个阶段执行的过程中调用或激活另一个阶段。

类初始化是类加载过程的最后一个阶段，到初始化阶段，才真正开始执行类中的Java程序代码。虚拟机规范严格规定了有且只有5种情况必须立即对类进行初始化：

  • 第一种：遇到new、getstatic、putstatic、invokestatic这四条字节码指令时，如果类还没有进行过初始化，则需要先触发其初始化。生成这四条指令最常见的Java代码场景是：使用new关键字实例化对象时、读取或设置一个类的静态字段（static）时（被static修饰又被final修饰的，已在编译期把结果放入常量池的静态字段除外）、以及调用一个类的静态方法时。
  • 第二种：使用Java.lang.refect包的方法对类进行反射调用时，如果类还没有进行过初始化，则需要先触发其初始化。
  • 第三种：当初始化一个类的时候，如果发现其父类还没有进行初始化，则需要先触发其父类的初始化。
  • 第四种：当虚拟机启动时，用户需要指定一个要执行的主类，虚拟机会先执行该主类。
  • 第五种：当使用JDK1.5支持时，如果一个java.langl.incoke.MethodHandle实例最后的解析结果REF_getStatic、REF_putStatic、REF_invokeStatic的方法句柄，并且这个方法句柄所对应的类没有进行过初始化，则需要先触发其初始化。

虚拟机规定有且只有这5种情况才会触发类的初始化，这5中场景中的行为称为对一个类进行主动引用，除此之外所有引用类的方式都不会触发其初始化，称为被动引用。下面举一些例子来说明被动引用。

1、通过子类引用父类中的静态字段，这时对子类的引用为被动引用，因此不会初始化子类，只会初始化父类

package org.wrh.classupload;
/* * 通过子类引用父类的静态字段，不会导致子类初始化 * */
public class TestClassDemo01 {

    public static void main(String[] args) {
        // TODO Auto-generated method stub
        System.out.println(SubClass.i);//子类引用父类的静态字段

    }

}
class SuperClass{
    public static int i=3;//父类的static字段
    static{//当此类在虚拟机中初始化的时候，此static块将会被执行
        System.out.println("SuperClass init");
    }
}
class SubClass extends SuperClass{
    static{//当此类在虚拟机中初始化的时候，此static块将会被执行
        System.out.println("SubClass init");
    }

}

程序运行结果如下：

SuperClass init
3

即只输出了“SuperClass init”，而没有输出“SubClass init”。

结论：对于静态字段，只有直接定义这个字段的类才会被初始化，因此通过其子类来引用父类中定义的静态字段，只会触发父类的初始化而不会触发子类的初始化。至于是否要触发子类的加载和验证，在虚拟机规范中并未明确规定，这点取决于虚拟机的具体实现。

使用new实例化对象时，会先把父类初始化，然后再初始化此类本身

package org.wrh.classupload;
/* * 通过子类引用父类的静态字段，不会导致子类初始化 * */
public class TestClassDemo01 {

    public static void main(String[] args) {
        //System.out.println(SubClass.i);
        //SuperClass s=new SuperClass();
        SubClass s=new SubClass();

    }

}
class SuperClass{
    public static int i=3;
    static{
        System.out.println("SuperClass init");
    }
}
class SubClass extends SuperClass{
    static{
        System.out.println("SubClass init");
    }

}

运行结果如下：

SuperClass init
SubClass init

通过数组定义来引用类，不会触发此类的初始化

package org.wrh.classupload;

public class TestClassDemo02 {

    public static void main(String[] args) {
        // TODO Auto-generated method stub
        SuperClass_1 superClass[]=new SuperClass_1[5];

    }

}
class SuperClass_1{
    static{
        System.out.println("SuperClass init");
    }

}

执行后没有输出任意内容，说明没有进行任何类的初始化工作。

但是，但这段代码里触发了另一个名为“LLSuperClass_1”的类的初始化，它是一个由虚拟机自动生成的、直接继承于java.lang.Object的子类，创建动作由字节码指令newarray触发，很明显，这是一个对数组引用类型的初始化。

常量在编译阶段会存入调用它的类的常量池中，本质上没有直接引用到定义该常量的类，因此不会触发定义常量的类的初始化

package org.wrh.classupload;

public class NotInitialization {

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(ConstClass.VALUE);
    }

}
class ConstClass{
    public static final int VALUE=3;
    static{
        System.out.println("ConstClass init");
    }
}

运行结果如下：

3

没有输出“ConstClass init”,因此可以得到当我们引用final修饰的常量时此类并没有初始化。
虽然程序中引用了ConstClass类的常量VALUE，但是在编译阶段将此常量的值“3”存储到了调用它的类ConstClass的常量池中，对常量Const.VALUE的引用实际上转化为了ConstClass类对自身常量池的引用。也就是说，实际上ConstClass的Class文件之中并没有Const类的符号引用入口，这两个类在编译成Class文件后就不存在任何联系了。

接口的加载过程

接口的加载过程与类加载过程稍微有点不同，针对接口需要做一些特殊的说明：接口也有初始化过程，这点与类是一致的，上面的代码都是用静态语句块”static{}“来输出初始化信息的，而接口中不能使用”static{}“语句块，但是编译器仍然会为接口生成”()”类构造器，用于初始化接口中所定义的成员变量。接口与类真正有所区别的是前面讲述的5种“有且只有”需要开始初始化场景中的第三种：当一个类在初始化时，要求其父类全部都已经初始化过了，但是在接口在初始化的时候，并不要求其父接口都完成了初始化，只要在真正使用到父接口的时候（如引用接口中定义的常量）才会初始化。

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